鮑海飛
科學探索的過程，伴隨著科學方法的積累。科學探索的過程和方法就是要避免局部的、片面的認知和理解，而要從全面的、多角度來看待問題和認識問題，避免斷章取義和妄下斷言。進一步探討科學探索的過程和方法這個問題，有助於提高分析問題、認識問題和解決問題。 1,  繁與簡的多層次觀察過程和方法 觀察事物的演變過程和現象不要停留在一個點上，而應該是多層次的觀察。 觀察是認識自然的起點。許多知識和經驗，除了通過間接經驗的獲得，直接經驗是必不可少的過程。身臨其境的感受，才能有生動活潑真實的認知。人的認知過程，就如同盲人摸象一般。一開始，只摸到一只如大蒲扇般的耳朵，一只長長如管道狀的鼻子，有如牆壁一般的身軀，然後又摸到一雙堅硬的象牙、粗壯厚實的圓柱體象腿，逐漸地、點點滴滴彙集，循序漸進，才有了大致的輪廓。 有人觀察和研究螞蟻的行為，從一只螞蟻的身體，似乎難以得出什麼結論，看不出它的目的和方向。但通過觀察一群螞蟻的行為，卻能發現螞蟻的智慧，成群結對的螞蟻，它們構成一個聲勢浩大的集體，共同完成一個宏大的任務，比如，拖起一片大樹葉，走向它們神秘的地下宮殿。 還比如，觀察一株植物的生長，比如一棵樹，其結構是由許多個部分構成，不僅要看它的樹葉，還要看它的枝，還要看它的樹幹，從局部到整體，從微觀到宏觀，及相反的過程。畢竟，植物生長的良莠，還要看它的生長地理環境、天氣、土壤雨水等因素和環節相關。這樣的觀察，不僅看到了樹木，更能夠看見森林。沒有親身體會，沒有從多個層次去分析問題，又如何能夠去推理、枚舉和反證。站高望遠，跳出自己常規思維的圈子去看，才能對研究問題有整體的大局觀。 笛卡爾先生在他的《方法論》中，對於複雜的問題，一定要把它簡化，將其分解成幾個部分，隨後再逐個擊破。 一副畫作，無論油彩還是水墨，主體突出部分、次要襯托部分，總是要鮮明有別，繁簡得當，結構層次分明，其美便自然呈現出來。  
2,  陰陽和諧的深度思考過程和方法 不斷地自我否定和肯定的過程，就是一個深度思考的過程。自己不斷提出問題，自己不斷否定所提出的問題，通過從不同的角度，正反過程，順逆過程，交叉過程，因果關係等角度出發思考所提出的問題，以期得到不同的答案。換個角度去觀察和思考，就可能得到不同的結論。一旦提出一個問題，如，會不會存在相反的過程和現象？這就會立時激發和促使研究者自覺和不自覺地進行邏輯思考。所謂的，橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。尤其是重大的實驗發現，其真偽是需要經歷時間和更多人來檢驗的。因此，可以根據理論、或者經驗去預測、預言，但沒有必要匆忙下結論。 從事原子物理研究的盧瑟福先生，在實驗上，就從不急於下斷言。每當有人向他彙報結果，他總是愛說，再做做，再看看。這意味著，通過更多數據的積累，才能有更全面和深刻的認知。 楊振寧先生講述了一個富有啟發的故事：“狄拉克於1928年寫下了著名的狄拉克方程，奠定了今天原子分子結構的理論基礎，這個方程一舉解決了三個困擾物理學界的大難題，乃神來之筆。但這個方程不是沒有問題，除了它所討論的解以外，還有別的解，即負能解。這個負能的解就變成了一個大問題，因為大家說，你這些解在實驗上沒有證實，這是不對的。這個給他帶來很大的困擾，可是他堅持不屈不撓。後過了3年，狄拉克在1931年大膽的預言了反粒子存在的理論。這是一個非常大膽的理論。他說在世界有一個粒子的話，就一定還有一個反粒子。比如一個電子，它的反電子就與它的電荷相反。這立刻被一些物理大家痛罵，如大物理學家波爾、海森伯等的冷嘲熱諷。因為沒有人看見過正電子。可是過了一年，安德森（Carl David Anderson）在加利福尼亞大學的勞倫斯實驗室，利用磁場雲霧室技術研究宇宙射線實驗中，看見了這個電子。” 從這個故事可以看出，狄拉克對該問題是經過長時間的深思熟慮和深度思考的，由此洞察和預見到不一樣的結果。如果這個公式的解，驗證了其中的一種結果，那麼，另一個解也有存在的理由。
‘狄拉克方程是將相對論融入量子力學，推倒出了相對論形式的薛定諤方程，適用於高速運動的電子，得出了電子具有自旋的特性，包含了正能態解和負能態解，基於此，預測了正電子的存在’。陰與陽之共存與和諧的理論，這恰是中國文化的一個體現。  
3, 簡約自然的多方求證過程和方法 自然界裏，溫度似乎沒有上限，如，太陽的表面溫度據觀測達到約5000度，而其內部可能更高！那麼溫度是否有下限呢？這是一個絕對零度的探索問題。人們經歷了很長一段時間才得到答案。 1787年，法國物理學家雅克-查理髮現，一定品質的氣體，在壓強不變時，體積V與熱力學溫度T成正比（查理定律：V1/T1=V2/T2）。若氣體每降低一度，它的體積將收縮原體積的1/273。 1801-1802年，法國化學家，蓋-呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac）通過精確的實驗得到了一個規律，乾燥的氣體，在從（0–100ºC(32-212°F)）膨脹過程中體積相等，當時他實驗了氧氣、氫氣、氮氣、二氧化碳、氧化氮、氨氣。蓋-呂薩克定律就是，氣體保持恒定的體積和品質（氣體分子數），氣體的壓強與溫度成正比，表示為：P1/T1=P2/T2。 蓋-呂薩克的研究結果，恰是阿伏伽德羅在10年後所給出的一個重要假說的基礎：‘在相同的溫度和體積下各種不同氣體含有相同的粒子數。’ 是否存在絕對零度？這個問題，直到40多年後才有答案。 1848年，英國數學物理學家威廉-湯姆遜（開爾文勳爵）對雅克-查理的實驗結果非常感興趣：若氣體每降低一度，它的體積將收縮原體積的1/273。據此他推測，那麼當氣體溫度降低到-273 ºC時，它的體積將收縮到0。湯姆遜根據氣體的溫度與體積的數據在一定溫度範圍內呈現的線性關係，將數據外推到低溫區，以座標橫軸為溫度，縱軸為體積，當溫度接近-273.15ºC時，氣體的體積將接近於0。 不佔有體積的物質，將如何存在？這是當時湯姆遜提出的問題。 湯姆遜推測：‘氣體分子的動能隨溫度降低而降低，當溫度達到-273度時，氣體分子幾乎就不運動了，也就幾乎不佔有體積了。因為，再也無法繼續降溫了，因此，他將此溫度稱為絕對零度（T=t+273.15ºC,T=0K,）。’ 事實上，分別從雅克-查理定律和蓋-呂薩克定律關於氣體的V-T關係和P-T的數據關係中，對數據曲線線性外推到低溫區，均能得到這一結論。保持氣體品質和體積（或壓強）不變，體積（壓強）與溫度是線性關係，氣體溫度降低，則體積（壓強）降低，當達到絕對0度時，壓強（體積）為0。後來的科學家，根據所測量得到的數據線性外推到低溫區，就得到宇宙中最低的溫度-絕對零度。 無論是氣體體積與溫度的關係，還是壓強與溫度的關係，都是這個問題的兩個側面。但雅克-查理和蓋-呂薩克二人當時均沒有得到這一結論，而是多年後的湯姆遜得到這一結論。問題的根源在哪里呢？ 一個解釋是，原因在於19世紀早期，人們缺少對‘熱’這個概念和函數的定義，以及缺少相關的熱學理論知識。湯姆遜針對絕對零度的論文發表後，焦耳著名的實驗便驗證了熱能等效於機械能。 今天我們都熟知，氣體的溫度就是氣體顆粒的平均動能體現。氣體壓強與氣體分子熱運動相關。溫度越高，氣體壓強越大，溫度降低，壓強也就降低，當氣體停止運動時，壓強也就為零了。因此，壓強為零時的溫度也就是絕對零度了。在這一推論下，溫度存在一個下限，即絕對零度。這是熱力學領域的一個重要問題。後來的人，將氣體溫度做到更低處，實驗外推，都線上性範圍之內。 查理定律和蓋-呂薩克二者是從不同側面描述了這一過程。二者實驗差別在於查理用的容器是柔性的，而蓋呂沙特用的是剛性的容器。值得外提一句是，最初的雅克-查理並沒有發表他的結果，而是蓋-呂薩克從查理的手稿中發現的，於是將其一同發表，而沒有據為己有。 有人說，如果用攝氏溫標來表示理想氣體狀態方程，壓強、溫度與體積的關係，PV=nR(t+273.15)，這顯得非常醜陋！而如果用PV=nRT來表示，那這個規律、或定律就似乎完美了，這或許是另一種絕對溫度的來由。這個時候，你若再按照湯姆遜的推論，你就明白他為什麼要引入絕對零度的定義，你也就明白這個公式之美了，也就能夠進一步理解絕對溫度的含義了。 虎克的彈性定律，愛因斯坦的質能方程，還有這個理想氣體狀態方程等公式，多麼簡潔優美。 公式，人類發明的一種認識自然的重要工具，你看見它了，便知道它的含義了，也讓你浮想聯翩，也讓你百思不得其解。   科學的方法包含了理論和實驗，理論和實驗是兩個相互佐證和較量的工具。人類的歷史，是一部探尋大自然的歷史，是不斷求證‘數’和驗算‘數’的歷程，科學探索的過程和方法就是儘快找到解決問題的突破口，繁與簡、和諧觀、簡約之美，恰是我們探索的世界觀、方法論和認識論。許多人前仆後繼，將科學傳承下去。 （附記，上一篇寫完，言猶未盡，故引申此篇。）